پژوهشگران با هدایت باکتریها موفق به تولید مادهای فوقمقاوم، شفاف و سازگار با محیط زیست شدهاند که میتواند در آینده جایگزین پلاستیک در صنایع مختلف شود.
به گزارش سیناپرس، پژوهشگران آمریکایی موفق به توسعه نسل جدیدی از ابرمواد زیستی شدهاند که میتواند در آینده جایگزین پلاستیکهای رایج در صنایع مختلف شود؛ مادهای فوقمقاوم که نه در کارخانههای پتروشیمی بلکه به کمک باکتریهای زنده تولید میشود. این دستاورد که توسط دانشمندان دانشگاه رایس و دانشگاه هیوستون به دست آمده، روشی نوآورانه برای مهندسی سلولز باکتریایی ارائه میدهد؛ مادهای طبیعی، تجدیدپذیر و سازگار با محیط زیست که از استحکام بالا و قابلیتهای چندمنظوره برخوردار است.
به گزارش ساینس دیلی، نتایج این تحقیق در نشریه علمی معتبر Nature Communications منتشر شده و نشان میدهد پژوهشگران توانستهاند فرآیندی مقیاسپذیر طراحی کنند که با هدایت حرکت باکتریها، ساختارهای منظم و فوقمقاومی از سلولز ایجاد میکند. این مواد جدید میتوانند در آینده در تولید بستهبندیها، تجهیزات الکترونیکی، منسوجات، سامانههای مدیریت حرارتی و حتی فناوریهای ذخیره انرژی مورد استفاده قرار گیرند.
دانشمندان میگویند بحران جهانی زبالههای پلاستیکی و تجزیه تدریجی آنها به ریزپلاستیکهای خطرناک ضرورت یافتن جایگزینهای پایدار را دوچندان کرده است. پلاستیکهای رایج هنگام تجزیه موادی مانند بیسفنول A (BPA)، فتالاتها و ترکیبات سرطانزا آزاد میکنند که تهدیدی جدی برای سلامت انسان و محیط زیست به شمار میروند.
در همین راستا تیم تحقیقاتی به سرپرستی Muhammad Maksud Rahman روی سلولز باکتریایی تمرکز کرد؛ یکی از خالصترین و فراوانترین بیوپلیمرهای طبیعی جهان. پژوهشگران برای افزایش استحکام این ماده نوعی بیورآکتور چرخشی طراحی کردند که حرکت باکتریهای تولیدکننده سلولز را در حین رشد هدایت میکند.
به گفته M.A.S.R. Saadi، نویسنده اول این مطالعه هدایت جهت حرکت باکتریها باعث همتراز شدن نانوالیاف سلولزی در زمان رشد شد؛ فرآیندی که خواص مکانیکی ماده را به شکل چشمگیری افزایش داد. او توضیح داد این ماده جدید در عین انعطافپذیری، قابلیت تا شدن و شفاف بودن، استحکامی در حد برخی فلزات و شیشهها دارد و در عین حال کاملا دوستدار محیط زیست است.
سلولز باکتریایی معمولا بهصورت نامنظم رشد میکند و همین موضوع استحکام آن را محدود میسازد، اما محققان با استفاده از کنترل جریان سیالات درون بیورآکتور موفق شدند آرایش منظمتری از الیاف ایجاد کنند و ورقههایی با مقاومت کششی حدود ۴۳۶ مگاپاسکال تولید کنند؛ رقمی بسیار بالا برای یک ماده زیستی.
پژوهشگران همچنین با افزودن نانولایههای بورون نیترید به فرایند تولید مادهای هیبریدی با استحکام بیشتر ساختند که مقاومت آن به حدود ۵۵۳ مگاپاسکال رسید. این نسخه پیشرفته علاوه بر استحکام بالاتر، توانایی انتقال و دفع حرارت را نیز تا سه برابر نسبت به نمونههای معمولی افزایش داد؛ ویژگیای که میتواند برای صنایع الکترونیک و فناوریهای حرارتی بسیار ارزشمند باشد.
به گفته محققان این فناوری مانند آموزش دادن به یک گروه منظم از باکتریها عمل میکند؛ بهجای حرکت تصادفی، باکتریها در مسیر مشخصی هدایت میشوند و سلولز را بهصورت دقیق و منظم تولید میکنند. این رویکرد نهتنها باعث افزایش استحکام میشود، بلکه امکان افزودن مواد نانومقیاس مختلف و شخصیسازی ویژگیهای نهایی ماده را نیز فراهم میکند.
به نقل از برنا، دانشمندان تاکید دارند که کل فرآیند تولید در یک مرحله انجام میشود و قابلیت تولید انبوه دارد؛ موضوعی که میتواند راه را برای استفاده صنعتی گسترده از این مواد هموار کند.
آنها معتقدند این ورقههای زیستی مقاوم و چندمنظوره در آینده میتوانند در بسیاری از صنایع جای پلاستیکهای سنتی را بگیرند و به کاهش آسیبهای زیستمحیطی کمک کنند.